CN115870964B - 一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，包括六面体结构的框体，框体相对的两侧面均为滑轮组安装框架，框体的一端面为前电机框架，框体的另一端面为后电机框架，框体的顶面为上框架，框体的底面为下框架，两个滑轮组安装框架的内侧面均分别与一个导轨固定板连接，相邻的滑轮组安装框架和导轨固定板之间设有若干个欠驱动滑轮组和换向定滑轮，欠驱动滑轮组与吸盘组件一一对应连接，前电机框架和后电机框架之间设有电机与绕线组件。本发明采用上述结构的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，具有自适应范围广、结构简单、紧凑、传动平稳、无噪声、成本低的优点，且各吸盘间接触力相等，受力均匀，不易损坏薄板零件。

Description

一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手

技术领域

本发明涉及自适应吸盘机械手领域，特别是涉及一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手。

背景技术

在柔性化生产线中，经常需要对曲面或对不同型号的零件进行吸取，传统式气动吸盘往往存在吸盘无法完全贴合零件表面的情况，因此自适应吸盘式机械手的零件吸取方式被提出。虽然国内外自适应吸盘式机械手研究已取得很大进展，但是，其在结构、重量、价格以及工作环境与不同任务需求下的适应性等方面还不能满足柔性化生产线的要求。目前已有的自适应机械手主要是通过弹簧实现自适应，如（CN108608451B）中通过将弹簧置于导杆与导板中间实现自适应，但其需要克服弹簧弹力，不能吸取曲率较大的零件。又如（CN217372390U）中通过弹簧与锁紧机构，实现自适应后锁紧弹簧，但需要增加驱动器数量，增加成本，且适应范围与弹簧弹力与导杆行程有关，具有一定局限性。

因此，为克服上述现有技术中自适应吸盘式机械手存在的结构复杂、笨重庞大以及自适应范围有限的问题，需要提供一种新型的自适应吸盘机械手。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，克服现有技术中自适应吸盘式机械手存在的结构复杂、笨重庞大以及自适应范围有限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，包括六面体结构的框体，所述框体相对的两侧面均为滑轮组安装框架，所述框体的一端面为前电机框架，所述框体的另一端面为后电机框架，所述框体的顶面为上框架，所述框体的底面为下框架，两个所述滑轮组安装框架的内侧面均通过固定柱分别与一个导轨固定板平行连接，两组相邻的所述滑轮组安装框架和所述导轨固定板之间均设有若干个欠驱动滑轮组和换向定滑轮，所述欠驱动滑轮组与吸盘组件一一对应连接，所述前电机框架和所述后电机框架之间设有电机与绕线组件。

优选的，所述欠驱动滑轮组包括4个外框定滑轮、导轨、滑块、动滑轮固定座和两个动滑轮，4个所述外框定滑轮呈矩形排布且固定在所述滑轮组安装框架上，4个所述外框定滑轮分别为左上外框定滑轮、右上外框定滑轮、左下外框定滑轮和右下外框定滑轮，所述导轨竖直固定在所述导轨固定板上，滑块滑动设置在所述导轨上，所述动滑轮固定座与所述滑块固定连接，两个所述动滑轮上下相邻设置在所述动滑轮固定座上，两个所述动滑轮分别为上动滑轮和下动滑轮，两个所述动滑轮位于4个所述外框定滑轮围成的矩形的底边的中垂线上，两个所述动滑轮和4个所述外框定滑轮位于同一竖直面内。

优选的，所述换向定滑轮位于若干个所述欠驱动滑轮组围成的矩形区域的边角处，所述换向定滑轮水平设置在换向固定座上，所述换向固定座与所述滑轮组安装框架固定连接。

优选的，所述吸盘组件包括吸盘基座、吸盘支架、气动吸嘴和气动直通快插接头，所述吸盘基座与所述动滑轮固定座固定连接，且所述吸盘基座上设有与所述动滑轮对应设置的竖直通槽，所述吸盘支架和所述气动直通快插接头分别与所述吸盘基座上的气孔的两端固定连接，所述气动吸嘴与所述吸盘支架的底端固定连接。

优选的，所述电机与绕线组件包括上电机固定板、下电机固定板、控制器、电机驱动器、电机支架、电机、电机双向绕线轮、3个绕线定滑轮和绕绳，所述上电机固定板和所述下电机固定板上下平行设置，且所述上电机固定板和所述下电机固定板的两端分别与两个所述导轨固定板固定连接，所述控制器固定在所述上电机固定板的上表面，所述电机驱动器固定在所述下电机固定板的下表面，且所述电机驱动器与所述控制器连接，所述电机支架的上板和下板分别与所述上电机固定板和所述下电机固定板固定连接，所述电机支架的一侧面与所述电机连接，所述电机的输出轴与位于所述电机支架另一侧的所述电机双向绕线轮连接，3个所述绕线定滑轮呈三角形固定在所述前电机框架上，3个所述绕线定滑轮分别为顶部绕线定滑轮、左侧绕线定滑轮和右侧绕线定滑轮，3个所述绕线定滑轮设置在所述电机双向绕线轮的上方。

优选的，所述绕绳的一端固定在所述电机双向绕线轮上，所述绕绳的另一端依次与所述左侧绕线定滑轮、所述顶部绕线定滑轮、与所述右侧绕线定滑轮相邻设置的一个换向定滑轮、与所述右侧绕线定滑轮位于所述顶部绕线定滑轮的同一侧的若干个欠驱动滑轮组、位于两个所述滑轮组安装框架之间且远离所述电机双向绕线轮的两个换向定滑轮、与所述左侧绕线定滑轮位于所述顶部绕线定滑轮的同一侧的若干个欠驱动滑轮组、与所述左侧绕线定滑轮相邻设置的一个换向定滑轮、所述顶部绕线定滑轮和所述右侧绕线定滑轮绕接，最后绕回所述电机双向绕线轮并固定，其中所述绕绳与各欠驱动滑轮组绕接时，均先从所述左上外框定滑轮引入，随后依次与所述上动滑轮、所述右上外框定滑轮、所述右下外框定滑轮、所述下动滑轮和所述左下外框定滑轮绕接，最后经所述左上外框定滑轮引出并引至下一欠驱动滑轮组的左上外框定滑轮。

优选的，所述上电机固定板和所述下电机固定板均通过电机固定板连接座与所述导轨固定板连接，所述电机固定板连接座为L形结构。

优选的，所述换向定滑轮、所述外框定滑轮、所述动滑轮和所述绕线定滑轮与其各自的滑轮安装轴之间均设有滑轮垫片。

优选的，所述框体的8个角处均设有角接头，两个所述滑轮组安装框架、所述前电机框架、所述后电机框架、所述上框架和所述下框架的所有边角均与对应的所述角接头连接，所述框体的12条棱上均设有边接头，两个所述滑轮组安装框架、所述前电机框架、所述后电机框架、所述上框架和所述下框架的所有边均与对应的所述边接头连接。

因此，本发明采用上述结构的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，具有如下有益效果：

1、通过具有差动特性的欠驱动滑轮组实现多组滑块单驱动输入、多驱动输出的自适应控制，进而使得与滑块随动的气动吸嘴实现对物体的吸附式抓取，能够自动适应零件的形状和位置，可用于异状零件的吸附式抓取，并且各气动吸嘴间接触力相等，受力均匀，不易损坏薄板零件，还能够通过导轨的超大行程增加自适应范围。

2、利用框体使各部件之间布局更为紧凑，解决现有技术中结构复杂、笨重庞大的问题。

3、利用绕绳传动平稳性高、无噪声、成本低。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手实施例的示意图；

图2是本发明基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手中欠驱动滑轮组的实施例的爆炸图；

图3是本发明基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手中吸盘组件的实施例的爆炸图；

图4是本发明基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手中电机与绕线组件的实施例的爆炸图；

图5是本发明基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手中绕绳的示意图。

附图标记

1、滑轮组安装框架；2、前电机框架；3、后电机框架；4、上框架；5、下框架；6、角接头；7、边接头；8、固定柱；9、导轨固定板；10、欠驱动滑轮组；101、左上外框定滑轮；102、右上外框定滑轮；103、左下外框定滑轮；104、右下外框定滑轮；105、导轨；106、滑块；107、动滑轮固定座；108、上动滑轮；109、下动滑轮；11、换向定滑轮；12、吸盘组件；121、吸盘基座；122、吸盘支架；123、气动吸嘴；124、气动直通快插接头；13、换向固定座；14、电机与绕线组件；141、上电机固定板；142、下电机固定板；143、控制器；144、电机驱动器；145、电机支架；146、电机；147、电机双向绕线轮；148、顶部绕线定滑轮；149、左侧绕线定滑轮；1410、右侧绕线定滑轮；1411、绕绳；1412、电机固定板连接座；15、滑轮垫片；16、滑轮安装轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图所示，一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，包括六面体结构的框体，框体相对的两侧面均为滑轮组安装框架1，框体的一端面为前电机框架22，框体的另一端面为后电机框架33，框体的顶面为上框架4，框体的底面为下框架5。框体的8个角处均设有角接头6，角接头6与各个框架连接使得各个框架构成一个六面体框架。两个滑轮组安装框架1、前电机框架22、后电机框架33、上框架4和下框架5的所有边角均与对应的角接头6连接，其与角接头6的连接方式可以是螺栓连接或螺钉连接，以方便拆装。框体的12条棱上均设有边接头7，边接头7与各个框架固连能够增加整个框体的强度。两个滑轮组安装框架1、前电机框架22、后电机框架33、上框架4和下框架5的所有边均与对应的边接头7连接，其与边接头7的连接方式可以是螺栓连接或螺钉连接，以方便拆装。

两个滑轮组安装框架1的内侧面均通过固定柱8分别与一个导轨固定板9平行连接，两组相邻的滑轮组安装框架1和导轨固定板9之间均设有若干个欠驱动滑轮组10和换向定滑轮11，欠驱动滑轮组10与吸盘组件12一一对应连接。欠驱动滑轮组10包括4个外框定滑轮、导轨105、滑块106、动滑轮固定座107和两个动滑轮，4个外框定滑轮呈矩形排布且固定在滑轮组安装框架1上，4个外框定滑轮分别为左上外框定滑轮101、右上外框定滑轮102、左下外框定滑轮103和右下外框定滑轮104。导轨105竖直固定在导轨固定板9上，滑块106滑动设置在导轨105上，动滑轮固定座107与滑块106固定连接，两个动滑轮上下相邻设置在动滑轮固定座107上，动滑轮固定座107能够使动滑轮随着滑块106在导轨105上的移动而移动。两个动滑轮分别为上动滑轮108和下动滑轮109，两个动滑轮位于4个外框定滑轮围成的矩形的底边的中垂线上，两个动滑轮和4个外框定滑轮位于同一竖直面内，两个动滑轮和4个外框定滑轮用于绕设绕绳1411。换向定滑轮11位于若干个欠驱动滑轮组10围成的矩形区域的边角处，换向定滑轮11水平设置在换向固定座13上，换向固定座13与滑轮组安装框架1固定连接，换向固定座13能够将换向定滑轮11固定在滑轮组安装框架1上，换向定滑轮11用于绕绳1411的换向。

吸盘组件12包括吸盘基座121、吸盘支架122、气动吸嘴123和气动直通快插接头124，吸盘基座121与动滑轮固定座107固定连接，且吸盘基座121上设有与动滑轮对应设置的竖直通槽，吸盘基座121能够使吸盘组件12能够随着滑块106在导轨105上的移动而移动。吸盘支架122和气动直通快插接头124分别与吸盘基座121上的气孔的两端固定连接，气动吸嘴123与吸盘支架122的底端固定连接，气动直通快插接头124、吸盘基座121、吸盘支架122和气动吸嘴123形成相通的气道，使得气动吸嘴123能够将零件牢牢吸住。

前电机框架22和后电机框架33之间设有电机与绕线组件14，电机与绕线组件14包括上电机固定板141、下电机固定板142、控制器143、电机驱动器144、电机支架145、电机146、电机双向绕线轮147、3个绕线定滑轮和绕绳1411。上电机固定板141和下电机固定板142上下平行设置，且上电机固定板141和下电机固定板142的两端分别与两个导轨固定板9固定连接。上电机固定板141和下电机固定板142均通过电机固定板连接座1412与导轨固定板9连接，电机固定板连接座1412为L形结构，电机固定板连接座1412能够增加上电机固定板141和下电机固定板142与导轨固定板9之间的连接强度和稳定性。控制器143固定在上电机固定板141的上表面，电机驱动器144固定在下电机固定板142的下表面，且电机驱动器144与控制器143连接，控制器143能够控制电机驱动器144的开启进而控制电机146的运行状态。电机支架145的上板和下板分别与上电机固定板141和下电机固定板142固定连接，上电机固定板141和下电机固定板142能够对电机支架145起到支撑作用。电机支架145的一侧面与电机146连接，电机146的输出轴与位于电机支架145另一侧的电机双向绕线轮147连接，电机146能够驱动电机双向绕线轮147进行旋转。电机146的输出轴可通过法兰与电机双向绕线轮147连接，电机支架145上设有用于支撑和保证输出轴平稳转动的轴承。3个绕线定滑轮呈三角形固定在前电机框架22上，3个绕线定滑轮分别为顶部绕线定滑轮148、左侧绕线定滑轮149和右侧绕线定滑轮1410，3个绕线定滑轮设置在电机双向绕线轮147的上方，绕线定滑轮用于改变从电机双向绕线轮147引出的绕绳1411的方向。

绕绳1411的一端固定在电机双向绕线轮147上，绕绳1411的另一端依次与左侧绕线定滑轮149、顶部绕线定滑轮148、与右侧绕线定滑轮1410相邻设置的一个换向定滑轮11、与右侧绕线定滑轮1410位于顶部绕线定滑轮148的同一侧的若干个欠驱动滑轮组10、位于两个滑轮组安装框架1之间且远离电机双向绕线轮147的两个换向定滑轮11、与左侧绕线定滑轮149位于顶部绕线定滑轮148的同一侧的若干个欠驱动滑轮组10、与左侧绕线定滑轮149相邻设置的一个换向定滑轮11、顶部绕线定滑轮148和右侧绕线定滑轮1410绕接，最后绕回电机双向绕线轮147并固定，其中绕绳1411与各欠驱动滑轮组10绕接时，均先从左上外框定滑轮101引入，随后依次与上动滑轮108、右上外框定滑轮102、右下外框定滑轮104、下动滑轮109和左下外框定滑轮103绕接，最后经左上外框定滑轮101引出并引至下一欠驱动滑轮组10的左上外框定滑轮101。绕绳1411的上述绕设方式是欠驱动滑轮组10工作原理的关键，通过上述原理可实现多组滑块106单驱动输入、多驱动输出的自适应控制，当绕绳1411上的拉力为F，滑块106的数量为n，则每个气动吸嘴123对零件的接触力均为F/n，因此本申请具有受力均匀，能够保证抓取物体时不易损坏零件的优点，本申请能够根据需要选择不同规格的导轨105，具有超大行程。

换向定滑轮11、外框定滑轮、动滑轮和绕线定滑轮与其各自的滑轮安装轴16之间均设有滑轮垫片15，滑轮垫片15能够降低换向定滑轮11、外框定滑轮、动滑轮和绕线定滑轮转动时受到的摩擦阻力。

本实施例中两组相邻的滑轮组安装框架1和导轨固定板9之间均设有2个欠驱动滑轮组10，使用时，启动电机146使电机双向绕线轮147旋转，电机双向绕线轮147旋转后绕绳1411上的拉力会使各欠驱动滑轮组10中的动滑轮进行升降，进而使得滑块106和气动吸嘴123随动滑轮沿着导轨105进行同步升降，最终实现多组滑块单驱动输入、多驱动输出的自适应控制，各气动吸嘴123间接触力相等，均为绕绳1411上拉力的四分之一，受力均匀，不易损坏薄板零件，并且由导轨105的超大行程增加了本发明的自适应范围。

因此，本发明采用上述结构的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，通过具有差动特性的欠驱动滑轮组实现多组滑块单驱动输入、多驱动输出的自适应控制，欠驱动滑轮组的个数可以根据需要灵活设置，进而使得与滑块随动的气动吸嘴实现对物体的吸附式抓取，能够自动适应零件的形状和位置，可用于异状零件的吸附式抓取，并且各气动吸嘴间接触力相等，受力均匀，不易损坏薄板零件，还能够通过导轨的超大行程增加自适应范围；利用绕绳传动，传动平稳、无噪声；利用框体使各部件之间布局更为紧凑，解决现有技术中结构复杂、笨重庞大的问题；利用绕绳传动平稳性高、无噪声、成本低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：包括六面体结构的框体，所述框体相对的两侧面均为滑轮组安装框架，所述框体的一端面为前电机框架，所述框体的另一端面为后电机框架，所述框体的顶面为上框架，所述框体的底面为下框架，两个所述滑轮组安装框架的内侧面均通过固定柱分别与一个导轨固定板平行连接，两组相邻的所述滑轮组安装框架和所述导轨固定板之间均设有若干个欠驱动滑轮组和换向定滑轮，所述欠驱动滑轮组与吸盘组件一一对应连接，所述前电机框架和所述后电机框架之间设有电机与绕线组件；

所述欠驱动滑轮组包括4个外框定滑轮、导轨、滑块、动滑轮固定座和两个动滑轮，4个所述外框定滑轮呈矩形排布且固定在所述滑轮组安装框架上，4个所述外框定滑轮分别为左上外框定滑轮、右上外框定滑轮、左下外框定滑轮和右下外框定滑轮，所述导轨竖直固定在所述导轨固定板上，滑块滑动设置在所述导轨上，所述动滑轮固定座与所述滑块固定连接，两个所述动滑轮上下相邻设置在所述动滑轮固定座上，两个所述动滑轮分别为上动滑轮和下动滑轮，两个所述动滑轮位于4个所述外框定滑轮围成的矩形的底边的中垂线上，两个所述动滑轮和4个所述外框定滑轮位于同一竖直面内；

所述电机与绕线组件包括上电机固定板、下电机固定板、控制器、电机驱动器、电机支架、电机、电机双向绕线轮、3个绕线定滑轮和绕绳，所述上电机固定板和所述下电机固定板上下平行设置，且所述上电机固定板和所述下电机固定板的两端分别与两个所述导轨固定板固定连接，所述控制器固定在所述上电机固定板的上表面，所述电机驱动器固定在所述下电机固定板的下表面，且所述电机驱动器与所述控制器连接，所述电机支架的上板和下板分别与所述上电机固定板和所述下电机固定板固定连接，所述电机支架的一侧面与所述电机连接，所述电机的输出轴与位于所述电机支架另一侧的所述电机双向绕线轮连接，3个所述绕线定滑轮呈三角形固定在所述前电机框架上，3个所述绕线定滑轮分别为顶部绕线定滑轮、左侧绕线定滑轮和右侧绕线定滑轮，3个所述绕线定滑轮设置在所述电机双向绕线轮的上方；

所述绕绳的一端固定在所述电机双向绕线轮上，所述绕绳的另一端依次与所述左侧绕线定滑轮、所述顶部绕线定滑轮、与所述右侧绕线定滑轮相邻设置的一个换向定滑轮、与所述右侧绕线定滑轮位于所述顶部绕线定滑轮的同一侧的若干个欠驱动滑轮组、位于两个所述滑轮组安装框架之间且远离所述电机双向绕线轮的两个换向定滑轮、与所述左侧绕线定滑轮位于所述顶部绕线定滑轮的同一侧的若干个欠驱动滑轮组、与所述左侧绕线定滑轮相邻设置的一个换向定滑轮、所述顶部绕线定滑轮和所述右侧绕线定滑轮绕接，最后绕回所述电机双向绕线轮并固定，其中所述绕绳与各欠驱动滑轮组绕接时，均先从所述左上外框定滑轮引入，随后依次与所述上动滑轮、所述右上外框定滑轮、所述右下外框定滑轮、所述下动滑轮和所述左下外框定滑轮绕接，最后经所述左上外框定滑轮引出并引至下一欠驱动滑轮组的左上外框定滑轮。

2.根据权利要求1所述的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：所述换向定滑轮位于若干个所述欠驱动滑轮组围成的矩形区域的边角处，所述换向定滑轮水平设置在换向固定座上，所述换向固定座与所述滑轮组安装框架固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：所述吸盘组件包括吸盘基座、吸盘支架、气动吸嘴和气动直通快插接头，所述吸盘基座与所述动滑轮固定座固定连接，且所述吸盘基座上设有与所述动滑轮对应设置的竖直通槽，所述吸盘支架和所述气动直通快插接头分别与所述吸盘基座上的气孔的两端固定连接，所述气动吸嘴与所述吸盘支架的底端固定连接。

4.根据权利要求3所述的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：所述上电机固定板和所述下电机固定板均通过电机固定板连接座与所述导轨固定板连接，所述电机固定板连接座为L形结构。

5.根据权利要求4所述的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：所述换向定滑轮、所述外框定滑轮、所述动滑轮和所述绕线定滑轮与其各自的滑轮安装轴之间均设有滑轮垫片。

6.根据权利要求5所述的基于绳驱式的欠驱动自适应吸盘机械手，其特征在于：所述框体的8个角处均设有角接头，两个所述滑轮组安装框架、所述前电机框架、所述后电机框架、所述上框架和所述下框架的所有边角均与对应的所述角接头连接，所述框体的条棱上均设有边接头，两个所述滑轮组安装框架、所述前电机框架、所述后电机框架、所述上框架和所述下框架的所有边均与对应的所述边接头连接。

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